西環(huán)線橋梁施工對既有觀音港大橋的影響計算分析

何亮

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510000）

1 項目概況

1.1 既有觀音港大橋工程概況

長沙市岳麓區(qū)平塘大道南延線跨觀音港大橋主橋孔跨布置為38 m+70 m+38 m=146 m；主橋支承體系采用連續(xù)梁體系，橋梁墩臺僅約束橫向、豎向線位移，釋放其他方向位移。橋墩墩身采用實體墩，軸線布置與河道水流方向一致，與橋軸線斜交35°。橋墩沿橋梁中心線左右兩幅布置，橋墩截面為梯形，頂面縱橋向?qū)挾?.5 m，沿墩高方向按1∶8.1坡率擴大至承臺頂，墩高約4.0～4.9m；橋墩長度約17 m，上下游迎水面設(shè)置成圓端形以減小對水流的影響[1-2]。大橋立面布置如圖1所示。

圖1 既有觀音港大橋橋型立面布置圖（單位：cm）

1.2 新建西環(huán)線觀音港大橋工程概況

新建長株潭城際軌道交通西環(huán)線一期工程觀音港大橋采用跨徑組合為42.5 m+73 m+73 m+42.5m的連續(xù)箱梁橋，新建觀音港大橋為單箱單室的變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁底曲線采用圓曲線，小里程側(cè)中墩固結(jié)，大里程中墩為活動墩；箱梁采用單箱單室直腹板截面，中墩墩頂處梁高4.95 m，邊墩墩頂處梁高為2.35 m，腹板為直腹板，板厚度35 cm，腹板厚度分別為50 cm、70 cm、80 cm，底板厚度由跨中的47 cm按圓曲線變化至中支點梁根部的70 cm，中支點處加厚到95 cm。全橋在端支點、中支點及跨中共設(shè)7處橫隔板，隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。新建大橋橋型與舊橋關(guān)系平面、立面、剖面圖分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 新建橋梁與既有觀音港大橋關(guān)系平面布置圖(單位：cm)

圖3 新建橋梁與既有觀音港大橋關(guān)系立面圖

圖4 新建橋梁橋墩與既有觀音港大橋橫斷面布置圖(單位：cm)

由相對位置關(guān)系圖可知，新建橋梁上部結(jié)構(gòu)位于既有觀音港大橋上方，新建橋梁在既有觀音港大橋橋址范圍內(nèi)設(shè)置兩個橋墩，且新橋橋墩位置與既有橋梁的拼接翼緣沖突。

2 軟件建模

由于新橋橋墩位置與既有橋梁的拼接翼緣沖突，新橋橋墩施工時，需要切割既有橋梁部分防撞欄桿和翼緣板，既有觀音港大橋最外縱向預(yù)應(yīng)力筋中心距離翼緣板端部只有138 cm，翼緣切割開洞平面如圖5所示。為了分析翼緣板的局部切割對上部結(jié)構(gòu)受力的影響，分別建立了切割前和切割后的全橋三維實體有限元模型，分析比較兩種狀態(tài)下的精細局部應(yīng)力，建立的兩種狀態(tài)下的三維實體有限元模型分別如圖6和圖7所示。

圖5 既有觀音港大橋翼緣切割開洞平面圖(單位：cm)

圖6 既有觀音港大橋翼緣板局部切割前有限元模型

圖7 既有觀音港大橋翼緣板局部切割后有限元模型

3 模型結(jié)果分析

利用建立的上部結(jié)構(gòu)三維實體有限元模型[3-5]分別計算了既有觀音港大橋翼緣板局部切割前后恒載狀態(tài)下的全橋應(yīng)力狀態(tài)，邊跨翼緣板局部切割后在開洞附近頂板的正應(yīng)力云圖如圖8所示。由圖可知，邊跨開洞前后頂板均處于受壓狀態(tài)，邊跨翼緣板的局部切割基本沒有改變頂板的應(yīng)力狀態(tài)，只對開洞部位的局部應(yīng)力有一定影響，洞的前后兩側(cè)的局部應(yīng)力變小，而洞靠近腹板側(cè)存在一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，局部壓應(yīng)力增大，恒載狀態(tài)下最大正壓應(yīng)力為13.7 MPa，小于混凝土的設(shè)計抗壓強度。中跨翼緣板局部切割前后在開洞附近頂板的正應(yīng)力云圖如圖9所示。由圖可知，中跨開洞前后頂板也均處于受壓狀態(tài)，中跨翼緣板的局部切割基本沒有改變附近箱梁節(jié)段頂板的應(yīng)力狀態(tài)，只對開洞部位的局部應(yīng)力有一定影響，洞的前后兩側(cè)的局部應(yīng)力變小，而洞靠近腹板側(cè)存在一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，局部壓應(yīng)力增大，恒載狀態(tài)下最大正壓應(yīng)力為13.7 MPa，小于混凝土的設(shè)計抗壓強度。

圖8 邊跨翼緣板局部切割后附近節(jié)段箱梁頂板的正應(yīng)力云圖（單位：Pa）

圖9 中跨翼緣板局部切割后附近節(jié)段箱梁頂板的正應(yīng)力云圖（單位：Pa）

4 結(jié)語

綜上計算結(jié)果，長株潭城際軌道交通西環(huán)線施工對既有觀音港大橋影響如下：

新橋施工對既有觀音港大橋的上部結(jié)構(gòu)箱梁產(chǎn)生的應(yīng)力增量相對較?。焕媒⒌纳喜拷Y(jié)構(gòu)三維實體有限元模型分別計算了既有觀音港大橋翼緣板局部切割前后恒載狀態(tài)下的全橋應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)果表明：邊中跨翼緣板局部切割前后箱梁頂板在恒載狀態(tài)下基本處于受壓狀態(tài)，且應(yīng)力變化較小，開洞翼緣板靠近腹板部位存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，恒載狀態(tài)下最大壓應(yīng)力為13.7 MPa，小于混凝土的抗壓強度。

由于新橋施工過程中影響既有橋梁應(yīng)力變化的因素眾多且關(guān)系復(fù)雜，實際施工中仍有許多因素及突發(fā)情況在事前難以全面考慮，而數(shù)值分析也無法考慮所有因素并給出精確預(yù)測，因此，在新橋施工過程中進行全面實時監(jiān)測是保證新橋施工自身及周邊既有舊橋安全的可靠方法。